SU1577784A1 - Device for controlling motor apparatus - Google Patents

Device for controlling motor apparatus Download PDF

Info

Publication number
SU1577784A1
SU1577784A1 SU884488091A SU4488091A SU1577784A1 SU 1577784 A1 SU1577784 A1 SU 1577784A1 SU 884488091 A SU884488091 A SU 884488091A SU 4488091 A SU4488091 A SU 4488091A SU 1577784 A1 SU1577784 A1 SU 1577784A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
amplifier
pulse
integrator
limiter
foot
Prior art date
Application number
SU884488091A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Людвиг Александрович Максименко
Original Assignee
Л. И. Максименко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Л. И. Максименко filed Critical Л. И. Максименко
Priority to SU884488091A priority Critical patent/SU1577784A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1577784A1 publication Critical patent/SU1577784A1/en

Links

Landscapes

  • Prostheses (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к медицине и может быть, в частности, использовано при конструировании шагающих аппаратов и при протезировании. Цель изобретени  - повышение точности управлени  координированными движени ми аппарата. Устройство управлени  двигательным аппаратом содержит датчик 1, первый ждущий мультивибратор 2, первую дифференцирующую цепь с ограничителем 3, второй ждущий мультивибратор 4, первый эмиттерный повторитель 5, генератор 6 пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор 7, первый усилитель 8, вторую дифференцирующую цепь с ограничителем 9, интегрирующую цепочку 10, второй усилитель 11, второй эмиттерный повторитель 12, импульсный усилитель 13, звено второго пор дка 14, усилитель мощности 15, интегратор 16 и исполнительное устройство с электроприводом 17 и стопой 18. Устройство может быть использовано дл  управлени  сгибанием стопы при протезировании, а также при конструировании искусственной стопы шагающих устройств. 3 ил.The invention relates to medicine and can be, in particular, used in the construction of walking machines and in prosthetics. The purpose of the invention is to improve the accuracy of controlling the coordinated movements of the apparatus. The control unit of the motor apparatus contains a sensor 1, a first standby multivibrator 2, a first differentiating circuit with a limiter 3, a second standby multivibrator 4, a first emitter follower 5, a sawtooth voltage generator 6, a third standby multivibrator 7, the first amplifier 8, a second differentiating circuit with a limiter 9, an integrating chain 10, a second amplifier 11, a second emitter follower 12, a pulse amplifier 13, a second-order link 14, a power amplifier 15, an integrator 16 and an actuator with electro drive 17 and foot 18. The device can be used to control the flexion of the foot during prosthetics, as well as when designing an artificial foot of walking devices. 3 il.

Description

елate

Ч ЧHh

0000

Фиг.11

Изобретение относитс  к медицине и может быть, в частности, использовано при конструировании шагающих аппаратов и при протезировании.The invention relates to medicine and can be, in particular, used in the construction of walking machines and in prosthetics.

Цель изобретени  - повышение точности управлени  координированными движени ми аппарата.The purpose of the invention is to improve the accuracy of controlling the coordinated movements of the apparatus.

На фиг. 1 показана блок-схема устройства управлени ; на фиг. 2 - формы импульсов , формируемых отдельными блоками устройства; на фиг. 3 - амплитудные характеристики интегратора.FIG. 1 shows a block diagram of a control device; in fig. 2 - pulse forms formed by individual units of the device; in fig. 3 - amplitude characteristics of the integrator.

Устройство управлени  содержит датчик 1, первый ждущий мультивибратор 2, первую дифференцирующую цепь с ограничителем 3, второй ждущий мультивибратор 4, первый эмиттерный повторитель 5, генератор 6 пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор 7, первый усилитель 8, вторую дифференцирующую цепь с ограничителем 9, интегрирующую цепочку 10, второй усилитель 11, второй эмиттерный повторитель 12, импульсный усилитель 13, звено второго пор дка с усилителем 14, усилитель 15 мощности, интегратор 16 в виде пропорционально-интегрирующего звена и исполнительное устройство с электроприводом 17, привод щим в движение стопу 18. Датчик 1 выполнен в виде магнита, который установлен на внутренней боковой стороне одной ноги, и катушки , установленной против магнита на другой ноге. Внутри катушки находитс  сердечник из магнитного материала. Конструктивные элементы датчика 1 на чертежах не указаны.The control unit contains sensor 1, the first standby multivibrator 2, the first differentiating circuit with limiter 3, the second standby multivibrator 4, the first emitter follower 5, the sawtooth voltage generator 6, the third standby multivibrator 7, the first amplifier 8, the second differentiating circuit with limiter 9, integrating chain 10, second amplifier 11, second emitter follower 12, pulse amplifier 13, second-order link with amplifier 14, power amplifier 15, integrator 16 in the form of a proportional-integrating link and an actuator with an electric actuator 17 that drives the foot 18. The sensor 1 is made up of a magnet, which is mounted on the inner side of one leg, and a coil mounted against the magnet on the other leg. Inside the coil is a core of magnetic material. Structural elements of sensor 1 in the drawings are not listed.

Устройство управлени  двигательным аппаратом работает следующим образом.The control unit of the motor apparatus operates as follows.

При движении левой ноги вперед миниатюрный магнит проходит в непосредственной близости от катушки и наводит в ее обмотке ЭДС в виде импульса 19 треугольной формы. При движении правой ноги вперед наводитс  аналогична  ЭДС, но в отрицательной пол рности. Только импульс положительной пол рности запускает первый ждущий мультивибратор 2, генерирующий пр моугольный импульс 20. Дифференцирующа  цепь с ограничителем 3 дифференцирует этот импульс на два остроконечных импульса 21, ограничивает положительный импульс и пропускает только импульс 22 отрицательной пол рности. Этот импульс запускает второй ждущий мультивибратор 4, который генерирует импульс 23, задержанный на врем  Т относительно импульса 19 дл  задержки начала сгибани  стопы. Проход  первый эмиттерный повторитель 5, импульс 23 поступает на генератор 6 пилообразного напр жени  в качестве питающего . Длительность импульса 24 пилообразного напр жени  равна длительности импульса 23. Импульс 24 используетс  в качестве запускающего напр жени  третьегоWhen the left leg is moving forward, a miniature magnet passes in the immediate vicinity of the coil and induces an emf in the form of a triangular pulse 19 in its winding. When moving the right leg forward, a similar emf is induced, but in negative polarity. Only a pulse of positive polarity triggers the first standby multivibrator 2, generating a rectangular pulse 20. A differentiating circuit with limiter 3 differentiates this pulse into two pointed pulses 21, limits the positive pulse and transmits only a pulse 22 of negative polarity. This pulse triggers the second pending multivibrator 4, which generates a pulse 23 delayed by time T relative to pulse 19 to delay the start of flexion of the foot. The passage of the first emitter follower 5, the pulse 23 is supplied to the sawtooth generator 6 as a supply voltage. The pulse duration 24 of the sawtooth voltage is equal to the pulse duration 23. The pulse 24 is used as the trigger voltage of the third

ждущего мультивибратора 7, генерирующего частотно-модулированные импульсы 25. Одновременно импульс 24 генератора 6 пилообразного напр жени , через второй усили- тель 11 и второй эмиттерный повторительa standby multivibrator 7, generating frequency-modulated pulses 25. Simultaneously, the pulse 24 of the sawtooth 6 generator 6, through the second amplifier 11 and the second emitter follower

12поступает в качестве питающего напр жени  на первый усилитель 8, с выхода которого снимаютс  амплитудно-частотно- широтно-модулированные импульсы 26. Эти импульсы проход т через дифференцирующую цепочку с ограничителем 9, котора  из амплитудно-частотно-широтно-модулированных импульсов 26 или показанных отдельно начальных импульсов 27 первого усилител  8 формирует треугольные импульсы 28, длительность которых пропорциональна амплитуде. Импульсы 28 после прохождени  через интегрирующую цепочку 10 преобразуютс  в импульсы 29, которые поступают на импульсный усилитель 13. На вход импульсного усилител  13 подаютс  сигналы в виде импульсов с амплитудно- частотно-широтной модул цией вида 26. С выхода импульсного усилител  13 сигналы поступают в канал отрицательной обратной св зи, образованный звеном второго12 is supplied as supply voltage to the first amplifier 8, from which output amplitude-frequency-width-modulated pulses 26 are removed. These pulses pass through a differentiating chain with limiter 9, which is from amplitude-frequency-width-modulated pulses 26 or shown separately the initial pulses 27 of the first amplifier 8 generates triangular pulses 28, the duration of which is proportional to the amplitude. Pulses 28 after passing through the integrating chain 10 are converted into pulses 29, which are fed to the pulse amplifier 13. Signals in the form of pulses with amplitude-frequency-frequency-modulated modulation-26 are sent to the input of the pulse amplifier 13. From the output of the pulse amplifier 13, the signals enter the channel negative feedback formed by the link of the second

5 пор дка 14 в виде последовательно соединенных пикового детектора, интегрирующей цепочки и регулируемого шунта (не обозначены). Посто нные времени звеньев канала отрицательной обратной св зи выбраны такими, что под действием единич0 ного импульса устройство формирует экспоненциальное напр жение,дл щеес  20 мс и затем угасающее к 300 мс. С выхода блока5 order 14 in the form of a series-connected peak detector, an integrating chain and an adjustable shunt (not labeled). The time constants of the negative feedback channel links are chosen such that, under the action of a single pulse, the device generates an exponential voltage for 20 ms and then extinguishing to 300 ms. From the output of the block

13импульсные сигналы проход т через усилитель 15 мощности и поступают на интегратор 16, выполненный в виде последо5 вательно соединенных пикового детектора и пропорционально-интегрирующего звена (не обозначены). На интеграторе импульсы суммируютс  и дискретные сигналы преобразовываютс  в аналоговые. Напр жениеThe 13 pulse signals are passed through the power amplifier 15 and are fed to the integrator 16, made in the form of successively connected peak detector and a proportional-integrating element (not indicated). At the integrator, the pulses are summed and the discrete signals are converted to analog. Voltage

Q на интеграторе 16 зависит от амплитуды, частоты и длительности поступающих импульсов . Если в конце периода управл ющего дискретного сигнала 26 напр жение, частота и длительность импульсов имеют максимальное напр жение, а в начале пе5 риода, соответственно, минимальное напр - , жение, то сигнал на интеграторе 16 будет в точности соответствовать модулирующему сигналу. Поэтому напр жение на интеграторе 16 будет нарастать по пилообразному закону. Следовательно, сигнал на интегра0 торе 16 будет в точности соответствовать управл ющему сигналу. Тройной вид модул ции обеспечивает линейность амплитудной характеристики, показанной на графике 30. Это объ сн етс  тем, что если бы на вход импульсного усилител  13 поступали быQ on the integrator 16 depends on the amplitude, frequency and duration of the incoming pulses. If at the end of the period of the control discrete signal 26 the voltage, frequency and duration of the pulses have a maximum voltage, and at the beginning of the period, respectively, the minimum voltage, the signal on the integrator 16 will correspond exactly to the modulating signal. Therefore, the voltage across the integrator 16 will increase according to the sawtooth law. Therefore, the signal on integrator 16 will correspond exactly to the control signal. The triple mode of modulation ensures the linearity of the amplitude characteristic shown in graph 30. This is due to the fact that if the input of the pulse amplifier 13 were received

5five

только частотно-модулированные импульсы 25, то нарастание напр жени  на интеграторе 16, т.е. (o) проходило бы поonly the frequency-modulated pulses are 25, then the voltage rise across the integrator 16, i.e. (o) pass by

кривой ОА|Аз. Но за счет второго и третьего вида модул ции (амплитудного и широтного ) увеличение напр жени  на интеграторе 16 происходит по пр мой ОА|Аг, т.е. входные импульсы U в начале периода имеют небольшую амплитуду и длительность UHUH и гшч и при суммировании не дают выпуклости, котора  характерна дл  экспоненты OA|A3. С выхода интегратора 16 напр жение поступает на исполнительное устройство с электроприводом 17, движени  которого в точности воспроизвод т форму управл ющего сигнала. Это достигаетс  комбинированным способом управлени . Так, если бы использовалс  только один вид модул ции (частотный), то движени  характеризовались бы нелинейными искажени ми. Искажени  наиболее сильны на высоких частотах следовани  импульсов, так как на этом участке (1-2) экспонента начинает заметно искривл тьс . Но за счет того, что в это врем  повышаетс  амплитуда и длительность входного сигнала Uex до UHaK и ,««, напр жение продолжает повышатьс  и движени  исполнительного устройства с электроприводом 17 будут проходить по пр мой. На низких частотах, наоборот, амплитуда входного сигнала ииич меньше, чем средн   амплитуда Uv. Поэтому начальный участок не характеризуетс  таким высоким напр жением . В итоге, без искажений будет воспроизводитьс  форма управл ющего сигнала , а движени  будут происходить с максимальным размахом.OA | Az curve. But due to the second and third modulation types (amplitude and latitude), the voltage increase on integrator 16 occurs along direct OA | Ar, i.e. at the beginning of the period, the input pulses U have a small amplitude and duration of UHUH and gshc and, when summed, do not give a bulge that is characteristic of the exponent OA | A3. From the output of the integrator 16, the voltage is supplied to an actuator with an electric actuator 17, the movements of which exactly reproduce the form of the control signal. This is achieved by a combined control method. So, if only one type of modulation (frequency) was used, then the motions would be characterized by non-linear distortions. Distortions are strongest at high pulse frequency, since in this region (1-2) the exponent starts to noticeably bend. But due to the fact that at this time the amplitude and duration of the input signal Uex rises to UHaK and, "", the voltage continues to rise and the movements of the actuator with electric actuator 17 will go straight. At low frequencies, on the contrary, the amplitude of the input signal of the source signal is less than the average amplitude Uv. Therefore, the initial portion is not characterized by such a high voltage. As a result, the shape of the control signal will be reproduced without distortion, and the movements will occur with a maximum span.

Эффект от применени  устройства управлени  двигательным аппаратом состоит в том, что благодар  применению в качестве управл ющего воздействи  сигнала с тройным видом модул ции - амплитудно-частотно-широтным удалось расширить динамический диапазон работы двигательного аппарата, сделав размах движений отдельных звеньев конечности большим с приближением к форме сигнала управлени . Благодар  охвату импульсного усилител  13 отрицательной обратной св зью в виде звена второго пор дка 14 повышаетс  быстродействие устройства управлени  за счет снижени  посто нной времени системы. Это увеличивает скорость управлени  движением . Кроме того, импульсный усилитель 13, охваченный отрицательной обратной св зью с звеном второго пор дка 14,  вл етс  форсирующим динамическим фазоопережаю- щим звеном, которое  вл етс  антиподом фазозапаздывающему звену пропорционально-интегрирующего устройства интегратрра 16. Это компенсирует запаздывание фазы и управл ющий сигнал поступает на исполнительное устройство с электроприводом 17 без фазового запаздывани . Этим достигаетс  выполнение движений синхронно с управл ющим сигналом. За счет тройного вида модул ции резко повышаетс  помехозащищенность всего устройства управлени , так как обща  помехозащищенность равна произведению помехозащищенности отдельных видов модул ции.The effect of using the motor unit control device is that, thanks to its use as a control signal, with a triple type of modulation — amplitude-frequency-latitude, it was possible to expand the dynamic range of the motor unit, making the range of motion of individual limb links larger with the shape control signal. By covering the pulse amplifier 13 with negative feedback in the form of a second-order link 14, the speed of the control device is improved by reducing the time constant of the system. This increases the speed of motion control. In addition, the pulse amplifier 13, covered by negative feedback with the second-order link 14, is a boost dynamic phase-generating link, which is the antipode of the phase-proportional link of the integrator 16. This compensates for the delay of the phase and the control signal is received to an actuator with electric actuator 17 without phase delay. This achieves the execution of movements synchronously with the control signal. Due to the triple type of modulation, the noise immunity of the entire control device is greatly increased, since the total noise immunity is equal to the product of the noise immunity of individual modulation types.

Таким образом, описанное устройство управлени  двигательным аппаратом обладает высокой помехозащищенностью, большим быстродействием, минимальными нелинейными искажени ми при большом амплитудном размахе движени  и позвол ет осуществл ть движени  синхронно с сигналом управлени  без фазового запаздывани . Устройство управлени  двигательным аппаратом максимально приближено к меха5 низмам управлени  в живой природе. В частности, управление движением стопы осуществл етс  регул торным аппаратом спинного мозга, основу которого составл ет механизм пресинаптического торможени  - наиболее эффективный вид торможени  вThus, the described control device of the motor apparatus has high noise immunity, high speed, minimal non-linear distortion with a large amplitude swing of motion and allows movement to occur synchronously with the control signal without phase lag. The control device of the motor apparatus is as close as possible to the mechanisms of control in living nature. In particular, the movement of the foot is controlled by the regulatory apparatus of the spinal cord, which is based on the mechanism of presynaptic inhibition - the most effective form of inhibition in the spinal cord.

0 центральной нервной системе. При активации чувствительных рецепторов стопы в спинной мозг поступают импульсы, модулированные по тройному закону: по амплитуде , по частоте и по длительности. Эти0 central nervous system. When the sensory receptors of the foot are activated, the spinal cord receives triple-modulated impulses: in amplitude, in frequency and in duration. These

5 импульсы активируют механизм пресинаптического торможени , направл ющий по центробежному нерву сигнал управлени  к стопе. Нерв  вл етс  пропорционально-интегрирующим звеном. Така  система управлени  обладает большим быстродействием, повы0 шенной помехозащищенностью и позвол ет с большой точностью осуществл ть координированные движени .5 impulses activate the presynaptic inhibition mechanism, which directs the control signal to the foot along the centrifugal nerve. The nerve is a proportionally integrating link. Such a control system has a high speed, increased noise immunity and allows to perform coordinated movements with great accuracy.

Предлагаема  система может быть использована дл  управлени  сгибанием стопы при конструировании искусственной стопыThe proposed system can be used to control the flexion of the foot when designing an artificial foot.

5 шагающих устройств.5 walking devices.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Устройство управлени  двигательнымMotor control unit 0 аппаратом, содержащее датчик, исполнительное устройство с электроприводом, два усилител , интегрирующую цепь и усилитель мощности, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности управлени  координированными движени ми аппарата, в него0 apparatus comprising a sensor, an actuator with an electric drive, two amplifiers integrating the circuit and a power amplifier, characterized in that, in order to increase the accuracy of controlling the coordinated movements of the apparatus, into it 5 введены три ждущих мультивибратора, два эмиттерных повторител , генератор пилообразного напр жени , дифференцирующие цепь с ограничител ми, звено второго пор дка и интегратор, причем датчик, первый ждущий мультивибратор, перва  дифферен0 цирующа  цепь с ограничителем, второй ждущий мультивибратор, первый эмиттерный повторитель, генератор пилообразного напр жени , третий ждущий мультивибратор, первый усилитель, втора  дифференцирую5 ща  цепь с ограничителем, интегрирующа  цепочка, импульсный усилитель, усилитель мощности, интегратор и исполнительное устройство с электроприводом соединены последовательно , а выход генератора пилообразного напр жени  дополнительно соединен с вторым усилителем, который через второй эмиттерный повторителе соединен с5, three standby multivibrators, two emitter repeaters, a sawtooth generator, differentiating a chain with limiters, a second-order link and an integrator, the sensor, the first waiting multivibrator, the first differentiating circuit with a limiter, the second waiting multivibrator, the first emitter, the first repeater, sawtooth generator, third standby multivibrator, first amplifier, second differential circuit with limiter, integrator, pulse amplifier, power amplifier, integrate op and actuator electrically connected in series, and the generator output a sawtooth voltage is further connected to a second amplifier which, via a second emitter follower is connected with ЛL Ь-гBg Фиг. 2FIG. 2 первым усилителем, а выход импульсного усилител  через звено второго пор дка соединен с входом импульсного усилител .the first amplifier, and the output of the pulse amplifier through the link of the second order is connected to the input of the pulse amplifier. SS 1313 20 .21 ,2120 .21, 21 // 2323 2727 ././ 2828 2929 фив.Зthebes
SU884488091A 1988-08-11 1988-08-11 Device for controlling motor apparatus SU1577784A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884488091A SU1577784A1 (en) 1988-08-11 1988-08-11 Device for controlling motor apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884488091A SU1577784A1 (en) 1988-08-11 1988-08-11 Device for controlling motor apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1577784A1 true SU1577784A1 (en) 1990-07-15

Family

ID=21401601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884488091A SU1577784A1 (en) 1988-08-11 1988-08-11 Device for controlling motor apparatus

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1577784A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459596C2 (en) * 2006-12-13 2012-08-27 Отто Бок Хелткэр Гмбх Orthopedic technical device
US8771370B2 (en) 2006-12-13 2014-07-08 Otto Bock Healthcare Gmbh Orthopedic device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР № 467742, кл. А 61 F 2/70, 1973. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2459596C2 (en) * 2006-12-13 2012-08-27 Отто Бок Хелткэр Гмбх Orthopedic technical device
US8771370B2 (en) 2006-12-13 2014-07-08 Otto Bock Healthcare Gmbh Orthopedic device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4232661A (en) Body massage apparatus
JPS6437177A (en) Image pickup device
WO2006073463A3 (en) Amplifier with pulse coded output and remote signal reconstruction from the pulse output
SE7702209L (en) INOPERABLE DIGITAL HEART STIMULATOR
USRE31603E (en) Body massage apparatus
SU1577784A1 (en) Device for controlling motor apparatus
ES449060A1 (en) Control circuit arrangement for generating a control signal for a voltage converter
AU7429394A (en) Nerve stimulation apparatus and method
SE7702708L (en) CUSHION SID DISTORTION CORRECTION CIRCUIT
US4210150A (en) Miniaturized transcutaneous nerve stimulating device
GB1220813A (en) Improvements in or relating to function generators
GB1204667A (en) Improvements relating to process and apparatus for obtaining an electrical pulse frequency from an analogue signal
KR950034305A (en) Rms voltage regulator and its adjustment method
ATE3130T1 (en) SWITCH ARRANGEMENT FOR CONTROLLING A LOAD OVER AN AC PATH.
MY115434A (en) Parabolic correction signal amplitude control loop
SU744405A1 (en) Acoustic geolocator for seismic acoustic investigations on water areas
SU1503832A1 (en) Apparatus for modelling muscuolar contractions
ATE19205T1 (en) ELECTROMEDICAL DEVICE.
GB1385382A (en) Ergometer
SU674944A2 (en) Apparatus for monitoring traction motor pulsed control system
JPS5467746A (en) Voltage control circuit
KR890007559A (en) Field Deflection Circuit of Image Display
SU914069A1 (en) Multichannel stimulator
JPS55103684A (en) Driving unit of electromagnet
SU746917A1 (en) Analog signal converter